单次船模阻力试验不确定度A类评定方法

通过单次试验实现不确定度A类评定的方法能够节省时间和成本,梳理阻力试验的采样和分析方法,以及不确定度的A类评定方法,从单次试验的采样时间序列出发,采用一种时间序列截断(time series truncation,TST)方法,提取不同计数周期的连续的时间序列,以此生成一系列的观测样本,据此进行单次试验的均值输出和不确定度的A类评定,并与重复性试验结果对比。结果表明,TST方法的不确定度A类评定结果与重复性试验方法近似,满足工程应用要求;适用于任意单次试验;可在试验过程中实时分析。通过应用TST方法,能够在单次阻力试验时,提升试验结果输出的稳定性。

非均匀来流下螺旋桨空泡脉动压力特性研究

针对某船用大侧斜螺旋桨(HSP),采用多场同步测量系统,在空泡水筒内开展螺旋桨空泡演化及其脉动压力特性试验研究,探究进速系数和空化数对螺旋桨空泡脉动压力特性的影响。试验结果表明:螺旋桨出现的空泡类型包括叶背空泡、叶面空泡和梢涡空泡,低频脉动压力与空泡体积振荡相关。在无空泡情况下,对比各阶叶频分量对脉动压力的影响,一阶叶频为主要分量,可忽略高阶叶频分量的幅值;空泡产生后,非定常空泡演化对螺旋桨脉动压力性能影响较大,脉动压力出现明显高阶叶频分量,同时主频脉动压力幅值显著增加,空泡发展过程越剧烈,变化越显著;当出现不稳定的梢涡空泡时,脉动压力高阶叶频分量明显增大。

螺旋桨空泡诱导的脉动压力信号处理方法

在空泡脉动压力试验中,通常先对不稳定空泡进行通气处理,确认空泡稳定之后再进行数据采集和处理,这会使模型尺度与实尺度空泡的形态、稳定性和脉动压力的时域特征产生差异,从而影响空泡脉动压力的预报精度。由此,开展脉动压力信号处理方法研究,降低空泡稳定性差异对脉动压力预报结果的影响。分别采用直接对压力时域信号进行快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)、对脉动压力信号进行时域平均之后做傅里叶变换(时域平均FFT)和对脉动压力信号进行傅里叶变换之后做频域平均(FFT频域平均)等3种方法对稳定和不稳定空泡诱导的脉动压力信号进行处理和分析,结果表明:对于稳定空泡,相比直接FFT方法,时域平均FFT方法和FFT频域平均方法能消除随机因素的干扰,2种方法的预报结果一致;对于不稳定空泡,时域平均FFT方法不再适用,FFT频域平均方法能较为准确地预报脉动压力幅值。

基于OpenFOAM的某双艉鳍船快速性能研究

为研究双艉鳍船的艉鳍倾角和螺旋桨旋向对船舶快速性的影响,以OpenFOAM为工具,对模型尺度下的某双艉鳍船进行阻力和自航数值模拟,其中自航分为内旋和外旋2种工况。研究表明:与模型试验结果相比,阻力和自航数值计算结果的偏差均在3%以内,精度较高;将垂直艉鳍改为倾斜艉鳍,能改善艉部流动,减小低速区范围、流动分离和船体阻力;艉鳍形式和旋向对船舶推进效率的影响主要体现在船身效率上,伴流均匀性是影响船舶推进效率的主要因素之一。研究采用的基于OpenFOAM的快速性分析方法可供其他类型船的优化设计参考。

航线网络仿真模型在远洋运输中的应用

针对航运业长期存在的提升船舶运输效率和控制船舶运营成本的问题,基于AnyLogic仿真平台,结合代理人基模型(Agent-Based Model,ABM)和离散事件模拟(Discrete Event Simulation,DES)方法,考虑船舶出港、海上航行、到港装卸货和燃料加注等环节,建立航线网络仿真模型。通过单船-单线案例试验和船队-航线网络优化试验验证该模型的有效性,结果表明:通过优化航速和燃料策略,能显著降低船舶运输成本及其对环境的影响;该模型能模拟和应对市场波动及突发事件,提升航运公司的突发事件应急响应能力和市场适应性。研究结果可为航运企业解决船舶营运问题提供新的视角和方案,对航运企业决策模式的发展产生积极影响。

基于模型试验的船舶纵倾优化技术研究

纵倾优化是一种高效易行的船舶节能减排方法,通过浮态调整可使船舶在保持运力的同时减小燃油消耗,降低运营成本。本文以一艘超大型集装箱船为研究对象,采用模型试验手段,获取营运吃水和航速范围内若干排水量船舶纵倾快速性数据,分析船舶各装载工况不同航速下阻力和推进效率与纵倾的关系,构建“排水量-纵倾-航速-收到功率”数据图谱,开发具有可视化功能的最佳纵倾计算程序,通过输入船舶排水量和航速,采用两次三维数组双线性插值方法分别求得目标工况下最佳纵倾值和对应的首尾吃水。结果表明,最佳纵倾计算程序可方便协助指导船舶配载调整,可为实际工程应用提供参考。

基于船舶水动力性能的节能技术研究回顾

阐述基于船舶水动力性能的节能技术研究现状,包括船型优化设计技术和附体节能装置技术。船型优化设计技术适用于船型设计开发前期,深入分析2种常用的船型优化方法,阐述其技术原理、设计流程和应用效果。船舶附体节能技术不仅适用于新船设计,而且适用于营运中船舶的能效改造,分类阐述安装于桨前和桨后的几种典型节能装置的特点,分析其整流效果和节能原理,通过综合比较,探讨不同附加节能装置搭配方案的可行性及其应用效果。研究成果可供船舶设计、制造和运管等人员参考。

船舶绿色节能技术试验验证方法浅析

为更好地应对法规对船舶降低能耗的要求,在对国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)的MEPC.1/Cir.815通函中的A类、B类和C类节能技术进行简要介绍的基础上,总结船舶绿色节能技术节能效果的试验验证方法,包括拖曳水池试验、局部流场试验、精细流场试验、实船试航和实船粒子图像测速技术(Particle Image Velocity,PIV)试验等。通过对比分析发现:A类节能技术的节能效果能通过模型尺度试验和实尺度试验验证;B类节能技术的节能效果能在实验室条件或实船条件下验证;C类节能技术的节能效果主要通过实船试验的方式验证。受设备、试验周期、可复现性和准确度等因素的影响,部分节能技术的节能效果验证有待试验技术的进一步发展填补。

62000 DWT多用途船的船型优化

在母型船的基础上对一艘62000 DWT多用途船进行船型优化,以使其在设计吃水和结构吃水状态下获得更加优良的性能。分析母型船的船身压力和兴波,对压力梯度变化较大的区域变化船体局部几何形状;对艏部的进流角度和艉部的去流段长度进行优化,以降低兴波阻力和减小船艉的流动分离。使用Star ccm+对最终的优化线型进行计算,并与母型船的结果对比,结果表明,优化船型与母型船相比,在设计吃水和结构吃水的阻力下降明显,船身表面压力梯度分布和螺旋桨盘面处的伴流分布更为均匀,达到了优化目的。结构吃水状态下的模型试验表明,阻力数值计算结果准确。线型优化使得船型具有更优良的性能,达到能效指数的要求,满足节能减排的目标。

基于内聚力模型的船舶焊接接头裂纹萌生及扩展分析方法

船舶一般为大型焊接结构,焊接接头处较易产生裂纹等缺陷,因此需开展焊接接头裂纹萌生及扩展研究。首先,基于双线性内聚力模型对不锈钢钎焊接头模型进行裂纹萌生及扩展的数值模拟计算,获得载荷与裂纹扩展长度的关系,并与文献试验结果进行对比分析。在两者结果较为一致的基础上,采用相同方法对船舶典型焊接接头的裂纹萌生及扩展进行数值模拟计算和分析。结果表明,基于双线性内聚力模型的裂纹萌生及扩展分析方法能够较好地模拟船舶焊接接头裂纹扩展过程中的开裂、损伤积累及损伤未积累阶段。焊接接头裂纹萌生及扩展研究可为后续进行相关船舶结构安全评定奠定理论研究基础。

甬舟铁路桥梁防船撞设施设计及应用

为防止发生船舶与铁路桥梁碰撞事故,提升铁路桥梁的安全性,以甬舟铁路桥梁为例,开展防船撞设施设计。阐述铁路桥梁防船撞理论、相关设施的发展现状和甬舟铁路桥梁的概况,通过数值模拟方法分析不同类型船舶与桥梁碰撞的撞击力,在此基础上开展主动和被动防撞设施设计,得到甬舟铁路桥梁防船撞设施设计方案。实践结果表明,该防船撞设施设计方案能提升桥梁的整体安全性,降低船舶撞击对桥梁造成的损伤。该研究可供同类型桥梁的防护设施设计参考。

基于多元回归-神经网络的船型参数优选分析

以肥大型船舶模型的试验数据为研究对象,分析单一船型参数与剩余阻力系数和自航因子的相关性。基于多元回归分析和径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络,对船型参数的数学建模预测方法进行研究。选取船舶主尺度参数,以及横剖面面积曲线和设计水线面这2类船舶型线特征参数,通过多元二次回归和RBF神经网络分析,得到对船舶性能产生重要影响的主要船型参数及其最佳组合,建立肥大型船剩余阻力系数和自航因子的数值预测模型。数值计算和试验测试结果表明,与只包含主尺度参数的预测模型相比,包含船舶型线特征参数的预测模型具有更好的准确性,可为船舶型线优化设计提供参考。

基于参数化建模的船型阻力研究

为获得影响船型阻力的主要因素,以一艘工程船为研究对象,采用参数化方法构建船体几何模型,建立船体参数与船型阻力之间的关系。采用FreeCAD软件进行参数化建模,获得船型几何参数;采用OpenFOAM软件进行数值模拟,获得不同船型的阻力;采用回归分析方法进行数据处理,得到船体参数与船型阻力的关系,进而得到各参数对船型阻力的影响程度,以及使船舶的阻力性能最优的船体参数。研究结果表明:目标船的进流段形状对船型阻力有显著影响;通过对船体参数进行优化,能进一步减小船型阻力。

浮标作业船加装多波束导流罩的数值模拟研究

为消除浮标作业船在海上航行过程中因海浪破碎而产生的气泡对船侧及船底多波束装置的影响,提升其测量精度,对该装置加装多波束导流罩,根据船舶总体布置方案设计2种多波束导流罩安装位置。通过CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟技术分别在4级海况和静水情况下对该浮标作业船加装多波束导流罩之后的航行情况进行数值评估,并对其防气泡性能和阻力性能进行CFD预报和分析。结果表明:在4级海况下,2种安装位置的防气泡性能并无明显差异;在静水条件下,2种安装位置各有特点,且导流罩攻角对船体周围流场的影响巨大。该研究可为浮标作业船加装多波束导流罩提供参考。

基于ISO标准的船舶数据交互与共享系统设计

为消除船上不同应用系统之间的数据交互隔阂,设计一种基于国际标准化组织(International Organization for Standardization,ISO)标准的船舶数据交互与共享系统解决方案。分析船舶数据采集和应用的现状,结合ISO标准对船舶计算机数据交互的最新要求,阐述系统设计的基本原理及其应具备的基本功能。从通信、存储、处理和安全等角度设计系统硬件架构,分析各组成设备的功能、网络连接和配置方式。根据软件功能架构、功能模块和数据流,基于工厂设计模式思想设计系统的核心功能,最终形成软硬件相结合的系统设计方案,为船舶数字化技术的发展提供参考。

螺旋桨空泡观测实验技术研究

该文介绍了传统频闪空泡观测和高速摄影空泡观测技术,对某典型油轮在压载工况下螺旋桨空泡观测结果进行了对比分析,实验结果表明两种空泡观测技术结果吻合。频闪空泡观测技术作为常规的工程应用研究手段,能宏观把握桨叶表面空泡的总体特征,快速高效地判断空泡性能的优劣。高速摄影空泡观测技术,可从时空多维度捕捉空泡动态变化的微观细节,为空泡的机理研究提供强有力的实验手段。成果将为进一步研究螺旋桨空泡诱导振动噪声的时频特性和空泡观测的不确定度分析奠定基础。

非均匀流场螺旋桨空泡数值模拟

以某油船螺旋桨为研究对象,基于Rayleigh-Plesset方程,采用Schnerr-Sauer空化模型和可实现的k-ε两层湍流模型,利用计算流体力学(CFD)软件STAR-CCM+模拟了非均匀来流条件下螺旋桨的空泡形态.通过对螺旋桨叶梢区域进行有效合理的网格加密,以较少的网格数量成功捕获梢涡空泡.数值计算与试验结果对比表明:计算结果准确再现了桨叶进出伴流区域空泡初生、发展和溃灭的整个历程;每个相位角叶背片空泡形态与试验观察吻合,片空泡面积相差在5%以内;该数值方法虽然能够捕捉到梢涡空泡,但是还不能对梢涡空泡的非定常特性和空间结构进行准确预测.基于上述结果,该方法适用于非均匀流螺旋桨空泡流动模拟.

某散货船整流导管节能机理数值分析

为研究整流导管(Flow Straightening Duct,FSD)对船舶水动力性能的影响,分析其节能机理,采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)技术,对某散货船加装整流导管前后的水动力性能变化进行数值分析。在计算时考虑螺旋桨的真实几何形状,采用滑移网格方法对船、桨、舵和节能附体相互干扰问题进行数值求解,评估整流导管的节能效果,将计算结果与模型试验结果相对比进行对标验证,研究整流导管对船舶阻力、流场和自航因数的影响,结合微观流场分析导管的节能原理。研究结果表明:采用的整流导管能效分析方法能有效预测导管的节能效果,基于流场分析总结整流导管的节能原理,对船舶节能附体设计有一定的指导作用,可应用于整流导管能效评估和优化设计中。

船模阻力自航和螺旋桨敞水试验不确定度分析

船模阻力、自航和螺旋桨敞水试验是船舶水动力性能最基本的试验,因此模型试验的不确定度评定质量的高低对船舶航速预报结果是否达到精度要求有着一定程度的影响。本文在一年时间内对一艘标准船模开展了多次重复性阻力自航和螺旋桨敞水试验,参考ITTC推荐规程的不确定度分析方法,计算模型试验推力扭矩系数、阻力系数、推进系数等水动力系数的偏差限、精度限和总的不确定度,评估不确定度分析过程客观存在的影响因素。结合航速预报结果和实船试航数据对比分析,表明本次模型试验不确定度结果可满足船舶航速预报拖曳水池验证试验的精度要求。

大型敞口集装箱船系固优化

敞口集装箱船的大型化发展对集装箱的系固有很高的要求,目前敞口集装箱船舱内的箱位一般设计为20英尺和40英尺混装的箱位,在装载集装箱时会用到横向支撑和横向连接件,用以提高堆重,船型越大,用到的系固件就越多,下舱作业时间就越长。为节约码头操作时间和成本,采用一种新型系固件与导轨配合使用,无需码头工人下舱操作,能有效地节约码头作业时间,提高装卸效率,并减少舱内系固件的使用。此外,通过对舱口一层的系固进行优化处理,有效减小型深、降低空船重量,提高载重量,从而提高船舶的经济性。